Детекторы космических частиц в Антарктиде зафиксировали радиосигналы, которые не поддаются объяснению с точки зрения современных теорий физики элементарных частиц.
Радиоимпульсы были обнаружены учёными, работавшими с экспериментом Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), который проводился с 2006 по 2016 год. ANITA включает в себя ряд приборов, которые запускаются на воздушных шарах на высоте около 37 км над ледяным континентом.
Эксперимент Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA)
Эксперимент ANITA был разработан для обнаружения радиоволн от космических лучей. Он наблюдает за ледяным щитом в Антарктиде на расстоянии до 700 км — более чем 1 миллион кубических километров льда. ANITA, как и другие детекторы космических частиц, был установлен в Антарктиде, чтобы снизить вероятность помех от других сигналов.
Вместо прямого обнаружения частиц высокой энергии, таких как нейтрино, ANITA фиксирует радиоволны, которые возникают в результате столкновения частиц высокой энергии со льдом. Этот процесс известен как излучение Аскарьяна.
Новые результаты
Однако новые результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, не соответствуют современным теориям. Радиосигналы, по-видимому, исходят из-под горизонта, а не отражаются ото льда. Эти радиоимпульсы могут указывать на ранее неизвестные типы частиц или взаимодействий.
«Радиоволны, которые мы обнаружили, имели действительно крутые углы, около 30 градусов ниже поверхности льда», — говорит соавтор Стефани Виссель, доцент Университета штата Пенсильвания в США.
Расчёты показывают, что сигнал должен был пройти через тысячи километров горных пород, прежде чем достичь детектора, что должно было сделать его необнаружимым.
«Это интересная проблема, потому что у нас до сих пор нет объяснения этим аномалиям, но мы точно знаем, что они, скорее всего, не представляют собой нейтрино», — говорит Виссель.
«Нейтрино, которые могут взаимодействовать со льдом, называются тау-нейтрино. Когда они взаимодействуют со льдом, они производят частицу, называемую тау-лептоном, которая теряет энергию в пространстве и распадается. Это создаёт радиоизлучение, известное как воздушные ливни. Но новый сигнал действовал не так, как это описано в математических моделях взаимодействия частиц с антарктическим льдом под ANITA».
Некоторые предположили, что сигналы могут указывать на тёмную материю, но это маловероятно, поскольку в детекторах IceCube и Auger, также размещённых в Антарктиде, не было обнаружено соответствующих сигналов.
Новый детектор PUEO
Виссель надеется, что новый воздушный детектор под названием PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations) будет достаточно чувствительным и мощным, чтобы помочь физикам определить происхождение странного сигнала. PUEO изначально планировалось запустить в декабре 2024 года, но теперь запуск ожидается в этом году или в 2026 году.
«В принципе, мы должны обнаружить больше аномалий, и, возможно, мы наконец поймём, что они из себя представляют. Мы также можем обнаружить нейтрино, что было бы в некотором смысле гораздо более захватывающим».